Pengelasan laser: hambatan proses tinggi, teknologi baterai baru seperti silinder besar yang menarik volume pengelasan ke atas
Teknologi laser digunakan dalam pemotongan, pembersihan, pengelasan, dan pengkodean baterai lithium karena efisiensi, fleksibilitas, keandalan dan stabilitasnya yang tinggi, kehilangan material pengelasan yang rendah, otomatisasi dan keamanan yang tinggi. Didorong oleh dukungan kuat dari kebijakan nasional dan percepatan promosi dan penerapan kendaraan energi baru, permintaan baterai listrik otomotif di China telah tumbuh secara signifikan. Dalam tiga komponen inti baterai kendaraan energi baru, motor, kontrol listrik, komponen inti baterai lithium daya dalam biaya kendaraan menyumbang proporsi yang tinggi, tetapi juga secara langsung menentukan kisaran kendaraan. Produksi baterai lithium terdiri dari serangkaian proses, yang dibagi menjadi tiga bagian utama: pembuatan elektroda, produksi sel, dan perakitan baterai. Kualitas baterai lithium secara langsung menentukan kinerja kendaraan energi baru dan oleh karena itu membutuhkan presisi tertinggi dalam proses pembuatannya. Teknologi laser, sebagai alat manufaktur "ringan" canggih, digunakan dalam proses pemotongan, pembersihan, pengelasan, dan pengkodean komponen baterai lithium, karena efisiensi dan presisinya yang tinggi, fleksibilitas, keandalan dan stabilitas, kehilangan bahan las yang rendah, otomatisasi dan keamanan.
2. Pengelasan laser: hambatan proses tinggi, teknologi baterai baru seperti silinder besar yang menarik volume pengelasan ke atas
2.1 Prinsip: Untuk menjamin keamanan baterai, kualitas pengelasan tergantung pada kontrol energi laser dan parameter proses.
Pengelasan laser memiliki banyak keuntungan seperti peleburan dalam, kecepatan tinggi dan distorsi rendah, yang secara signifikan dapat meningkatkan keamanan baterai listrik. Sebagai teknologi pengelasan modern, pengelasan laser memiliki keunggulan peleburan dalam, kecepatan tinggi, deformasi rendah, persyaratan rendah untuk lingkungan pengelasan, kepadatan daya tinggi, tidak terpengaruh oleh medan magnet, tidak terbatas pada bahan konduktif, tidak memerlukan kondisi kerja vakum dan tidak menghasilkan sinar-X selama proses pengelasan, dll. Ini banyak digunakan di bidang manufaktur presisi kelas atas, terutama di kendaraan energi baru dan industri baterai listrik. Bagian pengelasan baterai daya sangat banyak, sulit dan membutuhkan presisi tinggi. Produsen baterai daya juga memiliki persyaratan tinggi untuk otomatisasi, keselamatan, presisi, dan efisiensi pemrosesan peralatan produksi baterai. Keuntungan unik dari teknologi pengelasan laser dapat secara signifikan meningkatkan keamanan, keandalan, dan konsistensi baterai, mengurangi biaya, dan memperpanjang masa pakai, menjadikannya pilihan optimal bagi produsen baterai listrik.
Elemen inti utama yang menentukan kualitas pengelasan laser adalah kontrol energi laser dan teknologi proses pengelasan. Kontrol energi laser: Karena bahan yang akan dilas memiliki tingkat penyerapan yang berbeda untuk panjang gelombang sinar laser yang berbeda (yang dapat bervariasi dari 5 persen hingga 50 persen ), pilihan sumber laser dapat membuat semua perbedaan. Untuk mengirimkan sinar laser las yang seragam dan stabil ke bagian yang dilas, daya keluaran laser harus konsisten atau dikontrol dengan tepat. Daya yang terlalu rendah akan menyebabkan lelehan pengelasan yang tidak mencukupi dan mempengaruhi kualitas pengelasan, daya yang terlalu tinggi atau fluktuasi naik turun akan menyebabkan percikan, porositas, dan efek lain yang tidak diinginkan. Oleh karena itu, kontrol sumber laser menjadi salah satu teknologi paling penting untuk pengelasan laser.
Efek pengelasan laser rumit, terkait dengan lusinan faktor seperti panjang gelombang laser, kerapatan daya, waktu pengelasan, sudut kepala pengelasan, jarak fokus, tingkat penyerapan laser dan kebersihan las, ketebalan dan konduktivitas termal las, jenis dan aliran dari gas pelindung. Oleh karena itu, teknologi pengelasan laser juga merupakan salah satu faktor kunci yang mempengaruhi kualitas pengelasan, membutuhkan teknisi proses pengelasan laser untuk terus mengeksplorasi ringkasan, hanya periode akumulasi eksperimental yang lama yang dapat memperoleh hasil pengelasan yang baik.
Menurut prinsip kerja pengelasan dapat dibagi menjadi lima jenis, tergantung pada persyaratan aplikasi metode pengelasan yang berbeda dipilih untuk mencapai hasil terbaik. Tergantung pada prinsip operasinya, pengelasan laser dapat dibagi menjadi lima kategori: pengelasan konduksi panas, pengelasan fusi dalam, pengelasan komposit, pematrian laser, dan pengelasan konduksi laser. Tergantung pada pelanggan dan aplikasi pemrosesan, metode pengelasan yang sesuai dipilih untuk mencapai hasil pengelasan terbaik.
2.2 Status aplikasi: manufaktur inti, pengelasan PACK senilai sekitar 10-30 juta/GWh
Pengelasan laser digunakan dalam produksi sel daya dalam proses pembuatan sel dan dalam proses PACK baterai. Dalam produksi sel daya, segmen utama yang menggunakan pengelasan laser meliputi: Proses tengah: pengelasan lugs (termasuk pra-pengelasan), pengelasan titik strip tiang, pra-pengelasan inti ke dalam cangkang, pengelasan penyegelan bagian atas penutup kulit luar, pengelasan penyegelan port injeksi cair, dll. Pasca-proses: termasuk pengelasan bagian sambungan dalam modul PACK baterai dan pengelasan katup tahan ledakan pada penutup di belakang modul, dll. Volume nilai pra-pengelasan adalah sekitar 10-30 juta Yuan/GWh. Peralatan las laser di produsen baterai listrik untuk berinvestasi di sekitar 5-15 persen, menurut investasi peralatan GWh baterai tunggal sekitar 200 juta yuan, peralatan las laser baterai listrik saat ini investasi GWh tunggal dalam 10 juta yuan hingga 30 juta yuan.
2.3 Permintaan: Pabrik semikonduktor memperluas belanja modal di tengah "kekurangan inti" global, ledakan peralatan terus meningkat
4680 Silinder besar memiliki persyaratan yang lebih tinggi untuk proses laser, dan volume pengelasan diperkirakan akan meningkat dibandingkan dengan sel persegi dan silinder kecil. Sel 4680 membutuhkan proses laser yang lebih berat dan bentuk lug yang tidak terkontrol merupakan proses yang sulit. Baterai 4680 menggunakan proses lug penuh, memecahkan cetakan baterai tradisional dengan satu lug positif dan satu lug negatif, yang rentan terhadap korsleting, dan diproduksi dengan dua bagian tertutup, yang merupakan hambatan utama untuk penetrasi elektrolit, dan beberapa lug sulit untuk dilipat dengan rapi dan membutuhkan proses laser yang lebih tinggi. 4680 Pengelasan laser sel silinder besar mengalami peningkatan dalam hal proses pengelasan dan peralatan las yang dibutuhkan masing-masing dibandingkan dengan sel persegi dan sel silinder kecil. Dibandingkan dengan sel persegi, proses pengelasan laser untuk lug penuh silinder besar meningkat dari 5 menjadi 7 lintasan. Dalam hal sel silinder kecil, jalur GWh tunggal memiliki 5 mesin las tambahan dibandingkan dengan jalur sel 18650 dan 21700. Dikombinasikan dengan hal di atas, kami percaya bahwa permintaan untuk pengelasan laser 4680 silinder besar diperkirakan akan tumbuh dibandingkan dengan sel persegi dan silinder kecil.
Teknologi sambungan las lainnya: untuk mengatasi masalah pengelasan logam yang berbeda, seperti PACK baterai pada pengelasan busbar diharapkan dapat digantikan oleh pengelasan laser, kami menilai bahwa, seiring dengan kemajuan proses pengelasan laser, penetrasi pengelasan laser diharapkan untuk bergerak ke atas. Contohnya adalah penyolderan logam heterogen Al/Cu pada busbar dalam modul/PACK sel belakang sel persegi. Penyerapan cahaya rendah Al dan Cu dan kecenderungan untuk menghasilkan senyawa logam yang sangat rapuh adalah kesulitan Al/Cu: pengelasan laser logam Al/Cu yang berbeda memiliki beberapa keterbatasan yang menantang karena sifat fisik material Al dan Cu yang sangat berbeda. Salah satu tantangan utama adalah rendahnya penyerapan Al pada panjang gelombang laser 1um dan penyerapan Cu yang lebih rendah; lain adalah sifat metalurgi paduan Al-Cu, yaitu senyawa logam yang sangat rapuh dapat menyebabkan pembentukan retak. Fasa intermetalik dengan kandungan Cu 50-80 persen dapat terbentuk.
Pengelasan busbar masih bukan solusi untuk masalah senyawa rapuh, tetapi pengelasan laser adalah arah yang memungkinkan. Karena mudahnya pembentukan senyawa rapuh antara tembaga dan aluminium setelah pengelasan laser, yang tidak dapat memenuhi persyaratan penggunaan, biasanya menggunakan pengelasan ultrasonik di luar, tembaga dan tembaga, aluminium dan aluminium umumnya digunakan untuk pengelasan laser. Pada saat yang sama, laju perpindahan panas yang tinggi dari tembaga dan aluminium, reflektifitas laser yang tinggi dan ketebalan yang relatif besar dari bagian sambungan memerlukan laser daya tinggi untuk mencapai lasan. Melalui sembilan parameter dan metode eksperimen penyesuaian yang berbeda, tujuh di antaranya memiliki keuntungan yang berbeda, kami percaya bahwa, dengan kemajuan berkelanjutan dari proses laser di masa depan, masalah pengelasan laser Al/Cu pada busbar diharapkan dapat diselesaikan, dan pengelasan laser adalah arah yang paling mungkin.
